Os polímeros são materiais presentes em larga escala no nosso dia-a-dia. Muitos dos objetos, maquinaria e quaisquer outros dispositivos tem componentes em material plástico.
Os polímeros provêm essencialmente do carbono extraído de combustíveis fósseis, nomeadamente, gás e petróleo.
Estes materiais caracterizam-se por serem leves, resistentes, versáteis, duráveis e relativamente baratos. Estas vantagens estimularam o desenvolvimento para o seu processamento e transformação de tal modo que, atualmente, é considerada indústria de ponta.
Um polímero é uma substância constituída por moléculas de grandes dimensões (macromoléculas), que se caracterizam pela repetição de uma ou mais unidades de dimensões inferiores, todas unidas por ligações covalentes. Estas repetições das unidades dos polímeros ao unirem-se formam uma estrutura linear ou ramificada que podem ainda interligarem-se e, assim, formar uma rede tridimensional reticulada. Os mesmos monómeros podem produzir polímeros diferentes dependendo do modo de distribuição das unidades: aleatório, alternado, em blocos, ou em ramificação.
Os materiais poliméricos podem ser classificados em homopolímeros, se tiverem apenas um tipo de unidade repetitiva de monómeros da mesma natureza, ou copolímeros, se tiverem duas ou mais unidades repetitivas. Podem obter-se diferentes tipos de
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copolímeros em função da forma como as moléculas de monómeros se unem entre si. Mediante a sua estrutura, os materiais poliméricos classificam-se como sendo amorfos ou cristalinos. Os amorfos apresentam uma baixa ou nenhuma ordenação das cadeias poliméricas, ou seja, a ausência de cristalinidade, logo, não apresentam nenhum ponto de fusão cristalino, mas podem tornar-se num fluido suficientemente menos viscoso para que possa fluir e ser moldado.
Quanto aos polímeros cristalinos, já apresentam cadeias poliméricas com alguma ordenação, formando assim estruturas regulares denominadas por cristais.
Um aspeto importante dos polímeros é a sua temperatura de transição vítrea, Tg. Esta é a temperatura em que o polímero adquire a viscosidade mínima para que possa fluir pelas zonas moldantes. Acima da Tg, as moléculas começam a mover-se e as propriedades do material modificam-se substancialmente [1].
A polimerização por adição, por condensação, ou por emulsão são alguns dos processos que permitem a obtenção do polímero.
Os materiais plásticos dividem-se em três grandes grupos: Termoendurecíveis;
Elastómeros; Termoplásticos.
2.1.1 Termoendurecíveis
Os materiais termoendurecíveis caracterizam-se por materiais amorfos que surgem pela moldação acompanhada por uma reação química ou cura. A moldação pode ser feita pelos processos de compressão, injeção-compressão e laminagem. Com o molde aberto, introduz-se a matéria-prima. Ao fechar o molde, pressiona-se a matéria-prima e, sob uma certa temperatura, desencadeia-se uma reação de polimerização, durante um determinado tempo.
É um processo de carácter irreversível, uma vez moldadas, já não é possível a reciclagem ou solda das peças.
As matérias-primas são, geralmente, resina de condensação e resina de reação. É igualmente comum, o uso de diversas fibras como reforços, para formar um material (compósito) com melhor desempenho que os seus constituintes numa condição individual, dando origem a uma nova geração de materiais com melhores propriedades mecânicas [2, 3].
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os materiais constituídos por um reforço de fibra embutido numa matriz polimérica.
As peças de material termoendurecível apresentam uma boa rigidez e boa resistência à fadiga. Têm também a grande vantagem de aguentar temperaturas dos 80 aos 200º e, nalguns casos até aos 300º.
Figura 2.1 - Componentes de material termoendurecível de um automóvel [3]
Os termoendurecíveis mais comuns usados na indústria são os poliésteres, os epóxidos, os silicones e os poliuretanos.
Os primeiros apresentam-se num estado líquido viscoso de cor entre o transparente e o amarelado. Para além de boas propriedades elétricas, têm também boa resistência química, nomeadamente aos ácidos [3].
Os epóxidos são sintetizados a partir de um difenol e da epicloridina do glicol. Podem ser curados com diversos endurecedores e, em conjunto com o tempo e temperatura da cura, as suas propriedades variam ligeiramente. Em qualquer dos casos as peças apresentam elevadas resistências mecânica e química, estabilidade dimensional, baixa absorção de água, autoextinguibilidade, entre outras [4].
Os silicones possuem uma estrutura inorgânica com base em átomos de silício. A sua reticulação faz-se pela ação da temperatura na presença de um catalisador. Possuem boa estabilidade térmica no intervalo entre os -70oC e os 170oC. Ao aquecer até aos 250oC as
propriedades elétrica e mecânica também sofrem ligeiras alterações. Têm a desvantagem de serem facilmente atacados pelo vapor e por bases fortes. Também são incompatíveis com outras resinas, daí serem usados na indústria dos moldes para plásticos como um agente desmoldante. Apresentam uma fraca absorção de água e geralmente não são atacadas pelas soluções ácidas ou alcalinas diluídas [3].
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posteriormente, utilizando um catalisador e outros aditivos. São usados como espumas, revestimentos e adesivos. Controlando o grau de reticulação, consegue-se mais rigidez ou mais flexibilidade mediante o uso a que se destina a espuma. Quando se pretende uma espuma mais expandida, controla-se a quantidade de CO2 emitida pela reação do isocianato
com a água. Este material apresenta excelentes caraterísticas térmicas e acústicas [3]. As indústrias aeronáutica, automóvel e mobiliário utilizam muitos materiais termoendurecíveis, nomeadamente tabliers, peças de reforço, entre outros [5].
Figura 2.2 - Montagem de aeronave [6].
2.1.2. Elastómeros
Os elastómeros são polímeros com propriedades elásticas à temperatura de uso. Distinguem-se pela caraterística única de permitir um grande alongamento, seguido instantaneamente de quase completa retração, especialmente quando se encontram na condição vulcanizada. Após um processo denominado de reticulação em muito baixo grau, as cadeias poliméricas tornam-se “presas”, impedidas de escoar, o que evita a deformação permanente e confere a caraterísticas borrachosa ao material. A reação de reticulação é geralmente promovida por enxofre e denominada vulcanização.
Podem ter origem natural, extraído da planta Hevea Brasiliensis, como o latex, ou de origem sintética, como um pneu de automóvel. As borrachas sintéticas mais importantes são também de estrutura idêntica às naturais e são obtidas pela poliadição. Outros processos de polimerização além da poliadição são a biogénese para o caso das borrachas naturais e a policondensação para os polisulfetos
Após a vulcanização, a borracha aplica-se em diversas áreas, desde pneus a luvas cirúrgicas [1].
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desejada e de seguida segue-se o arrefecimento para conformar e estabilizar. Teoricamente, estes materiais podem ser várias vezes reaquecidos sem grandes alterações nas suas propriedades. Assim, pode-se reutilizar num novo ciclo de processamento [10].
Ao possuir a capacidade de amolecer e fluir quando submetidos a um aumento de temperatura e pressão, quando são retiradas essas solicitações, os termoplásticos solidificam-se novamente. Essa alteração é uma transformação física reversível, de forma que, novas aplicações de altas temperaturas e pressões produzem o mesmo efeito de amolecimento e fluxo.
Assim, devido a estas caraterísticas, os termoplásticos são considerados recicláveis [11].